6.【线性代数】—— 列空间和零空间

六 列空间和零空间

    • [1. 列空间 C(A)](#1. 列空间 C(A))
    • [2. 零空间 N(A)](#2. 零空间 N(A))
      • [2.1 定义](#2.1 定义)
      • [2.2 为什么零空间是一个子空间?](#2.2 为什么零空间是一个子空间?)
      • [2.3 Ax=b的解空间,是一个子空间吗?](#2.3 Ax=b的解空间,是一个子空间吗?)

1. 列空间 C(A)

c o l 11 c o l 21 c o l 31 c o l 12 c o l 22 c o l 32 c o l 13 c o l 23 c o l 33 ⏟ A a b c ⏟ x = a ∗ c o l 1 + b ∗ c o l 2 + c ∗ c o l 3 \underbrace{\begin{bmatrix} col_{11}&col_{21}&col_{31}\\ col_{12}&col_{22}&col_{32}\\ col_{13}&col_{23}&col_{33} \end{bmatrix}}{A} \underbrace{\begin{bmatrix} a\\b\\c \end{bmatrix}}{x} =a*col_1+b*col_2+c*col_3 A col11col12col13col21col22col23col31col32col33 x abc =a∗col1+b∗col2+c∗col3

将矩阵的每一列,看成一个向量,他们的所有线性组合(数乘和加法)在一个子空间中,这个子空间,记为 C(A),即A的列空间。

与Ax=b联系,对于每一个b都有解吗?

不是,当b在矩阵A的列空间中,有解。

线性无关:无法通过数乘和加法,计算出其他的向量。

2. 零空间 N(A)

2.1 定义

矩阵A的零空间 :满足 Ax =0 的所有向量。

举例:
1 1 2 2 1 3 3 1 4 4 1 5 ⏟ A x 1 x 2 x 3 ⏟ x = 0 \underbrace{\begin{bmatrix} 1&1&2\\ 2&1&3\\ 3&1&4\\ 4&1&5 \end{bmatrix}}{A} \underbrace{\begin{bmatrix} x_1\\x_2\\x_3 \end{bmatrix}}{x} =0 A 123411112345 x x1x2x3 =0
x = 0 0 0 , 1 1 − 1 , − 1 − 1 1 . . . = c 1 1 − 1 \begin{aligned} x &= \begin{bmatrix} 0\\0\\0 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} 1\\1\\-1 \end{bmatrix}, \begin{bmatrix} -1\\-1\\1 \end{bmatrix}... \newline & = c\begin{bmatrix} 1\\1\\-1 \end{bmatrix} \end{aligned} x= 000 , 11−1 , −1−11 ...=c 11−1

因为矩阵A中,前两列之和=第三列。

2.2 为什么零空间是一个子空间?

A x = 0 ,已知 v 和 w 在零空间中,那么 A v = 0 , A w = 0 Ax = 0,已知v和w在零空间中,那么Av=0,Aw=0 Ax=0,已知v和w在零空间中,那么Av=0,Aw=0

验证向量空间的性质,1. 包含零向量,很明显零向量,满足 A x = 0 Ax =0 Ax=0。 2. 加法和数乘都在空间中(加法和数乘组成的线性空间)。
A ( c v ) = c A v = 0 A ( d w ) = d A w = 0 A ( c v + d w ) = A c v + A d w = 0 A(cv)=cAv=0 \newline A(dw)=dAw=0 \newline A(cv+dw) = Acv+Adw = 0 \newline A(cv)=cAv=0A(dw)=dAw=0A(cv+dw)=Acv+Adw=0

c , d c,d c,d为常数

2.3 Ax=b的解空间,是一个子空间吗?

不是,不含有零向量。

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